搜索
第一章塔类设备第二章冷换设备第三章废热锅炉第四章空气冷却器第五章空气预热器第六章法兰、垫片和紧固件第一章塔类设备塔器是用于气相－液相与液相－液相间传质、传热的设备，它广泛应用于石油化工中的蒸馏、吸收、萃取、洗涤、传热等单元操作。在炼油装置，它是完成炼油加工过程的主要场所，型式种类繁多，用途广泛，外形庞大，是炼油厂的关键设备。1、塔的分类及性能指标1.1分类(1)按用途及在工艺过程中的作用可分为：分馏塔、吸收塔、解吸塔、水洗塔、稳定塔、抽提塔和干燥塔等。(2)按结构形式分：板式塔、填料塔。(3)按操作压力分：常压塔、减压塔、高压塔。1.2塔设备的性能指标塔设备除了满足特定的化工工艺条件（如温度、压力及耐腐蚀）外，评估塔设备基本性能指标主要包括以下几个方面：(1)生产能力：即单位塔截面上单位时间的物料处理量。(2)分离效率：对板式塔指每层塔板所达到的分离程度，对填料塔指单位高填料所达到的分离程度。(3)适应能力及操作弹性：指对各物料性质的适应性以及在负荷波动时维持操作稳定性而保持较高分离效率的能力。(4)流体阻力：即气相通过单层塔板或单位填料层的压强降。除以上几项外，塔的造价高低、安装、维修的难易以及长期运转的可靠性等因素，也是必须考虑的实际问题。2、板式塔介绍板式塔中，塔内装有一定数量的塔板，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔板上液层，使两相密切接触，进行传质，两相组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。它的结构主要包括：塔体、头盖、支座、塔板、接管、人孔、进料及抽出口、破沫板以及保温层。2.1基本概念（1）塔板开孔率是指塔板上开孔总面积与塔截面积之比，是影响塔操作的重要因素。在塔的气液相负荷一定时，开孔率过大，会造成漏液；开孔率过小，会造成严重雾沫夹带。（2）塔板效率它是衡量板式塔每层塔板上传质平均效果的一个尺度。最通用的板效率，是指经过实际塔板的组成变化值和经过理论塔板的组成变化值之比。（3）雾沫夹带此种现象发生原因是由于流经塔板的汽相负荷过大引起的。当气体流量超过允许值时，离开塔板的气体夹带着泡沫或小液滴，由于气体速度过快，小液滴来不及沉降就带到上层塔板，这就是雾沫夹带，这种现象降低了塔板的效率。（4）气泡夹带这种现象的发生是由于通过降液管的回流液体负荷过大而引起的。液体是横流过塔，与气体充分接触后，出降液管流到下一层塔板，液体流入到降液管时，常常带有大量的气泡，它在管中应有足够的停留时间以便沉降，使泡沫分离成气体与清液，气体上升回到上层塔板。如果液相负荷增加，液体在降液管中的流速随之增加，那么液体在液管中的停留时间缩短。如果这个停留时间短到一定程度，使液体带着的气泡来不及分离带到下层塔板，就会降低吸收或解吸效果。（5）漏塔这种现象发生是由于塔板上的汽相负荷过小而引起的。当处理量太小时，塔内气速很低，大量液体由于重力作用，便从阀孔漏下，这种情况称为漏塔。由于液体没有和塔板上气体充分接触就漏到下层塔板，漏塔降低了塔板效率。（6）淹塔这种现象的发生是由于塔内液、汽相负荷过大而引起的。由于汽液负荷过大，液体充满了整个降液管，而使上下塔板液体连成一体，吸收或单板效果完全遭到破坏，这就是“淹塔”现象。2.2塔板的种类及结构（1）常用塔板有：浮阀塔板、圆形泡帽塔板、S型塔板、浮动喷射塔板、筛孔塔板、网孔塔板等。（2）塔板结构包括四个基本部分：①每块塔板上有特别的开孔，可供下层气体从中穿过。②每块塔板上有一定高度的溢流堰，以保证塔板上有足够厚的液层。③每块塔板上有降液管，供塔板上的液体流向下一层，降液管有圆形和弓形两种。④塔板有足够的面积和特殊结构，供汽、液相充分接触，以完成质和热的交换。2.3几种塔板的优缺点及用途塔板型式结构优点缺点用途泡罩型圆形泡罩复杂1、在宽的负荷范围内可稳定操作；2、弹性好。1、费用高2、板间距大3、压力降较大适用于广泛范围，板数少的更有利。S形泡罩塔板稍简单简化了泡罩形式，性能同上同上同上浮阀型条形浮阀简单1、在宽的负荷范围内效率不降低；2、最高负荷的效率也比泡罩塔高；3、费用较便宜；4、雾沫夹带少；5、液面落差小。没有特别缺点适用于一切范围重盘式浮阀简单、复杂的都有T型浮阀简单穿流型筛板(溢流式)简单1、最高负荷效率高；2、费用最低；3、压力降小。1、稳定操作范围窄；2、易堵物料不适用；3、容易发生液体泄漏。适合于处理量变动少且不析出固体物料的系统波纹筛板简单1、比筛板压力降稍高，但具有同样的优点；2、气液分布好。栅板简单1、处理能力大；2、压力降小；3、费用便宜。1、塔板效率低；2、处理量小时，效率剧烈下降。适合于粗蒸馏从上可知浮阀塔板在操作弹性、效率方面比较优越，应用较广。2.4浮阀塔板浮阀塔板是最常用的塔板（图1是典型浮阀塔板），它在塔板上开许多方形或圆形孔，每一孔上都带有一个阀片，气体通过阀孔将阀片向上顶起，水平方向射出，在通过液层时，汽液两相成泡沫状态进行传热、传质过程。由于阀片开度可以随气速而变，低气速时阀片在重力作用下可自动关小，减少了泄漏。所以它具有效率高、弹性大的优点；而且结构简单、造价较低，处理能力高。图1缺点：阀片只能用不锈钢制造，并且操作中浮阀容易卡住、绣住或粘住，不能自由开启，塔板检修时必须对锈死浮阀进行更换。目前炼油厂应用较广泛浮阀的是F1型浮阀和船形浮阀，如图2：这是F1型浮阀常用浮阀型号。F1VC32型图2F1型浮阀图3船形浮阀2.5板式塔操作常见故障分析与处理塔板操作故障引起的原因与多方面因素有关，如工艺操作条件、系统物性、塔设备本身等，有时是单独作用，有时是综合作用。下面仅对板式塔设备本身故障进行分析：现象故障原因处理方法达不到设计能力，提量后效率下降，产品质量1、降液管尺寸太小，或降液管下端距受液盘间距过小，液体充满降液管；2、设计阀个数过小，开孔率低，塔板压降过大。1、过打降液管面积，或改大降液管下端间隙，使液体流场；2、增加塔板布阀个数。开工后塔板效率低，侧线产品有的重，有的轻，收率有的少，有的多。部分塔板被吹翻，可能是连接件安装不牢，也可能是吹扫蒸汽含水，进入塔内震动将塔板击翻。1、重新正确安装塔板连接件；2、严格将吹扫蒸汽脱水干净后用。生产一段时间后，效率下降，侧线产品有的重，有的轻，收率有的少，有的多。且伴有全塔压降减小1、塔板被严重腐蚀烂掉；2、塔板上浮阀大面积脱落，可能被腐蚀，可能安装不好。1、更换为耐腐蚀的塔板及浮阀；2、严格按质量要求安装浮阀。生产一段时间后，产品质量下降，颜色发黑1、破沫网严重腐蚀烂掉，雾沫夹带严重，影响产品色度增加；2、破沫网结焦、堵塞，造成二次夹带严重，影响产品色度。1、更换耐腐蚀材质的破沫网；2、更换更大开孔率的破沫网。3、填料塔介绍填料塔中，塔内装有一定高度的填料。液体自塔顶沿填料表面向下流动，作为连续相的气体自塔底向上流动，与液体进行逆流传质，两相的组分浓度沿塔高呈连续变化。填料塔具有结构简单、压力降小的特点，在处理容易产生泡沫的物料以及用于真空操作时，有其独特的优越性。它的主体浮阀单重(克)表示阀的材质B表示1Cr13，C表示Cr18Ni9Ti表示三爪结构传质介质就是填料，还有填料支撑板、床层限位器、液体分布器、液体收集器及再分配装置等辅助内件，它们构成了完整的填料塔，其作用是促进气液的均匀分布及良好接触，使填料塔发挥出最大的生产能力和最高的效率。填料可分为散装填料（颗粒填料）和规整填料两大类。3.1散堆填料该类填料具有一定外形结构的颗粒体，安装时以填料乱堆为主。随着生产发展，填料结构又很多改进，目前为止，各种填料有几百种之多。常用的填料有：金属鲍尔环填料、金属阶梯环填料、金属环矩鞍填料等。（1）金属鲍尔环填料见图4，它是在筒状环壁上开两层内伸舌片的窗口，5个舌片内弯指向环心，上下两层窗孔的位置错开，一般开孔面积占环壁总面积的30％左右。金属鲍尔环的开发使环形填料由实体型填料发展到开孔型填料阶段。图4（2）金属阶梯环填料见图5，金属阶梯环填料是将鲍尔环填料的高度降低到直径的1/2~1/3,并且在填料的一个侧端增加了翻边。这些改进使气体绕填料外壁流过的路径大大缩短，从而减少了气体通过填料层的阻力。此外，翻边不但增加了填料环的机械强度，而且破坏了填料结构的轴对称性，使填料在堆积时由线接触变为点接触为主，这样增加了填料空隙，减少了气体穿越阻力，提高了传质效率。图5（3）金属环矩鞍填料见图6，它综合了开孔环形填料与鞍形填料的结构特点，集圆环、环壁开孔、内审舌头及弧形通道于一体，既有开敞的结构，又有众多的接触点供液体汇集、分散，故该填料的压降低、通量大、传质效率高。图63.2规整填料规整填料是由具有一定几何形状的元件，按均匀几何图形排列，整齐堆砌，具有规整气液通道的填料。在规整填料中，由于结构的均匀、规则、对称性，规定了气液流路，改善了沟流和整流现象。它与散装填料相比，在同等容积时可以提供更多的比表面积；而在相同比表面积时填料的空隙率更大。所以规整填料具有更大的通量、更小的压降、更高的传质、传热效率，分为以下几种类型规格。（1）格栅填料图7见图7，它的单元构件是由2mm厚的条形钢板冲成许多定向舌片，上下两舌片翻转方向相反，两组舌片之间冲有联接爪。两单元构件间用联接抓点焊在一起，组成所需宽度。格栅填料是一种高能力、低压降填料，抗堵性能好，常用于炼油厂减压蒸馏塔，可单独使用于洗涤段，也可于其它填料组成混合床层，用于传热段和传质段。此外，还可以用于催化裂化分馏塔的脱过热段，取代人字挡板。（2）金属丝网波纹填料见图8，金属丝网波纹填料是由金属丝网制成的规整填料。丝网为40~80目，不锈钢丝直径0.15mm左右。它具有很大的比表面积，由于丝网具有毛细作用，又使表面更易有效湿润，传质效率较高，尤其适合难分离物系及热敏性物系。但该填料忌堵塞、怕腐蚀、难清洗，使其的使用受到限制。图8（3）金属板波纹填料金属板波纹填料是由金属薄板冲成波纹片，波纹片上冲小孔￠4mm，开孔率约占12.6％。在塔内安装时，上下两盘板波纹填料旋转90叠放。单个波纹片见图9，组合后的板波纹填料见图10。该填料中液体成膜状流下，并在上下两盘填料接触处进行再分配，气体则曲折穿过填料，通量大、阻力小、而且传质效率高。它在炼油工业的蒸馏塔、气体分馏塔、气体吸收塔应用中，都取得了很好的技术经济效果。图9图103.3填料塔内构件除了主体传质元件－填料外，还有填料支撑板、床层限位器、液体分布器、液体收集器及再分配装置等辅助内件，它们构成了完整的填料塔，其作用是促进气液的均匀分布及良好接触，使填料塔发挥出最大生产能力和最高的效率。（1）填料支撑板对于填料支撑板除了要有足够的强度外，还要求具有足够大的自由面积；对气液的流动阻力小；有利于气液的再分配；安装拆卸方便。①栅板型支撑板(见图11)它由垂直板条组成，结构简单，制作方便，是小型塔中常用的散装填料支撑板。②喷射式支撑板(见图12)它是目前最好的散装填料支撑装置，采用梁型气体喷射式结构。这种支撑板由一个个驼峰元件组成，波高300mm,宽290mm，随塔径不同，块数不同。气体从各驼峰上部孔中喷出，液体从下部的孔中流下，避免了气液从同一孔中逆流时增加阻力。图11图12（2）床层限位器为了保证填料塔的正常稳定操作，防止在高气速或负荷突然波动时，填料层发生松动，甚至破坏、流失，在填料上层必须安装床层限位器，见图13。图13（3）液体分布器液体分布器置于填料床层的上方，将液体均匀分布到填料表面上，形成液体初始分布。液体初始分布的优劣对填料塔传质、传热性能影响很大。按结构形式可分为：管式、盘式、槽式、喷淋式等。槽式液体分布器综合性能较好，目前使用较广泛，见下图14，图15。图14全貌图15局部（4）集油箱炼油厂的许多分馏装置都有多个侧线抽出，因此在使用填料作为传质元件时，要设置集油箱，它用来收集该段填料层的液体，以供抽出，结构见图16。为便于集油箱液体的抽出，必须保证抽出口具有一定的液封高度，故多采用下凹的抽斗形式；另外，集油箱还兼有让气体让气体通过，能够均匀分布的作用，故要求气体通过的阻力降尽量小，开孔率应为塔截面积的35％～45％左右，集油箱